辽宁省玉米秸秆资源量估算及能源化利用潜力评价

2020-10-10韩冬雪

农业技术与装备 2020年8期

关键词：标准煤资源量潜力

韩冬雪

（吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林四平 136000）

1 研究方法

1.1 玉米秸秆理论资源量估算方法

玉米的茎、叶、芯是收获过程中得到的副产物，即玉米秸秆。本文只将玉米的茎、叶列入研究范围，不包括玉米芯。玉米秸秆理论资源量，即玉米秸秆产量，由玉米产量与草谷比系数计算得出，公式如下：

式中，CR 代表区域内玉米秸秆理论资源量；Q 代表玉米产量；r 为玉米的草谷比系数。

1.2 玉米秸秆资源能源化潜力评价方法

1.2.1 玉米秸秆可收集资源量评价方法

在玉米的收集运输环节中，玉米秸秆不可避免地会产生损耗，因此扣除留茬、自然脱落、收集损耗等理论秸秆量中无法回收的部分，剩余的即是玉米秸秆资源可收集量，其具体计算公式如下：

式中：CRa——区域内可收集玉米秸秆资源量；f——玉米的可收集系数。

1.2.2 玉米秸秆可能源化利用量评价方法

将用于直接还田部分和喂养牲畜、工业生产等部分的可收集量扣除后剩余的即是玉米秸秆资源可能源化利用量，其具体计算公式如下：

式中：CRc——区域内玉米秸秆可能源化利用量；λ——玉米的可能源化系数。

1.2.3 玉米秸秆可能源化潜力量评价方法

玉米秸秆可能源化潜力量即将玉米秸秆可能源化利用量通过热值计算与标准煤进行换算，其具体计算公式如下：

式中：CRe——玉米秸秆能源化潜力量；η——折标煤系数。

1.3 研究参数的确定

玉米产量Q 可以通过辽宁省统计年鉴查询得出，但草谷比系数r，可收集系数f，可能源化系数、折标煤系数在不同区域、不同时间、不同种植情况下均有一定差异，参数的不确定性导致了秸秆资源研究结果的差异，接下来将解释和说明相关系数的计算方法。

1.3.1 草谷比系数

草谷比系数是指单位面积农作物秸秆产量与农作物产量的比值。由于种植地域、气候环境、种植技术、收割方式的不同，农作物的草谷比系数也有着明显的差异，表1 给出了不同文献中所采用的不同的玉米草谷比系数。

表1 不同研究中玉米秸秆草谷比系数Tab.1 Ratio of crop straw amount to crop yield in different studies

从表1 中可以看出在不同研究中，草谷比取值最大为2.00，最小为1.20，其取值差异巨大，若以最小取值与最大取值分别计算辽宁省玉米秸秆产量，则结果相差巨大，为了使估算结果更加准确，必须合理确定草谷比系数。

因为辽宁省的气候类型、土壤成分、播种季节、玉米品种等都与其他省份有着明显的差别，故不能采用全国统一数据。王晓玉等[8]在《大田作物秸秆量评估中秸秆系数取值研究》中采用数学模拟取值法、实测数据取值法、相同或相似地区平均取值法、同类作物取值法等方法，将全国划分为不同的地区，分别研究每个地区的农作物秸秆系数取值，准确性较高。本文采用其研究成果，取玉米草谷比r=1.03。

1.3.2 可收集系数

在农作物收割过程中，农作物的穗轴枝梗不可避免地会产生一定的遗失，同时田里还会有一定的留茬量，这便是农作物秸秆不可收集的部分。可收集系数即秸秆总量减去不可收集部分后与秸秆总量的比值。表2 给出了不同文献中所采用的不同的可收集系数。

表2 不同研究中的可收集系数Tab.2 Collectible coefficients in different studies

人工收割和机械收割两种不同的收割方式造成的田间留茬量与穗轴枝梗损失量会有所不同，毕于运的研究考虑了上述情况，较为全面，本文采用其研究成果，玉米秸秆可收集系数。

1.3.3 可能源化系数

辽宁省玉米秸秆资源量丰富，根据刑廷铣[11]的研究，农村玉米秸秆主要应用于工业原料（造纸）、畜牧饲料、直接还田、农村生活能源等4 个方面，辽宁省2018 年各方面所消耗的秸秆资源量所占比例如下图1 所示。

由于农村生活水平的提高以及商品能源消耗比例的逐年上升，以前大量用于日常生活燃烧的玉米秸秆被闲置下来，弃置在田间或者就地焚烧，浪费资源的同时也会污染环境，这一部分玉米秸秆应该是能源化利用的首要目标。而且农村传统炉灶的能源利用率不高，热效率低，会产生大量的灰烬污染环境，这一部分玉米秸秆应该是能源化利用的主要目标，将这两者结合起来，则2018 年辽宁省玉米秸秆资源能源化利用所占比例大致为55%，即可源化系数λ=0.55。

1.3.4 折标煤系数

折标煤系数是指单位质量的农作物秸秆与标准煤燃烧热值的比值，本文的玉米秸秆折标煤系数根据《2018 年中国能源统计年鉴》[12]获得，取折标煤系数η=0.529。

2 玉米秸秆资源量估算结果

本文采用《2019 年辽宁省统计年鉴》[13]中的数据，辽宁省各市的玉米产量见表3 所示。

根据公式（1）与表3 可得出辽宁省玉米秸秆理论资源量见表4 所示。

据表4 可知辽宁省玉米秸秆资源量丰富，2018 年总量为1 745.79×104t。从地理分布上来看，辽宁省秸秆资源各市之间存在一定差异，分布不均衡，玉米秸秆资源较丰富的地区为铁岭市、沈阳市、朝阳市、阜新市，分别为304.67×104t、273.34×104t、253.80×104t，201.26×104t，占全省玉米秸秆资源量的17.5%、15.7%、14.5%、11.5%；玉米秸秆资源量较少的地区为本溪市、营口市、盘锦市，分别为28.04×104t、23.16×104t、15.41×104t，占全省玉米秸秆资源量的1.6%、1.3%、0.8%。详细数据见图2。

表3 2018 年辽宁省各地区玉米产量Tab.3 Corn production in all regions

表4 2018 年辽宁省各地区玉米秸秆理论资源量Tab.4 Theoretical resources of corn stalk in various regions

3 玉米秸秆能源化利用潜力评价结果

根据公式（2）与表4 可得出辽宁省玉米秸秆可收集资源量见表5 所示。根据公式（3）与表5 可得辽宁省玉米秸秆资源可能源化利用量见表6 所示。根据公式（4）与表6 可得辽宁省玉米秸秆资源能源化潜力见表7。

据表7 可知辽宁省玉米秸秆能源化潜力为482.54×104t标准煤，其中能源化潜力较大的地区为铁岭市、沈阳市、朝阳市，分别为84.21×104t 标准煤、75.55×104t 标准煤、70.15×104t 标准煤。营口市、盘锦市能源化潜力最小，分别为6.4×104t 标准煤、4.26×104t 标准煤。

4 讨论

4.1 辽宁省玉米秸秆资源能源化利用潜力评价

为得出辽宁省玉米秸秆资源能源化利用潜力，本文应用了一系列估算方法，结果具有一定的参考性。但本文所研究的玉米秸秆并未包括玉米芯，玉米芯是我国北方农村主要的燃料来源，也可以进行能源化利用，本文并未对其进行讨论。另外，本文所采用的草谷比系数、可收集系数、可能源化系数等估算参数均参考自相关文献，并未进行实地考察，在后续研究过程中应加以改进。

4.2 辽宁省玉米秸秆资源能源化利用途径

目前秸秆固化成型燃料、秸秆热解气化、秸秆沼气、秸秆发电为辽宁省所应用的玉米秸秆能源化主要利用方式。秸秆固化成型燃料、秸秆热解气化与秸秆发电均属于秸秆燃料转化技术，秸秆发电是直接将秸秆与化石燃料混合燃烧或者热解气化成可燃气体，玉米秸秆具有燃烧热值高、含硫量低等特点，既可以减少化石燃料用量还可以减少温室气体排放。秸秆固化成型技术是将体积大、密度低、结构松散的玉米秸秆通过专用设备压缩成高密度固体燃料，这一过程需要在一定的温度和压力条件下进行。秸秆固化成型技术降低了运输、储存成本，提高了燃烧效率，目前凌源市已部分实现产业化、规模化生产。秸秆沼气是将秸秆通过微生物降解成沼气及沼渣的技术，具有能耗低、无污染等诸多优点，已在辽宁省有了广泛的应用。

5 结论

（1）经文献考证，本文将草谷比系数、可收集系数、可能源化系数、折标煤系数分别取值为：1.03、0.95、0.55、0.529。

（2）辽宁省玉米秸秆资源量丰富，2018 年总量为1 745.79×104t。从地理分布上来看，辽宁省秸秆资源各市之间存在一定差异，分布不均衡，玉米秸秆资源较丰富的地区为铁岭市、沈阳市、朝阳市、阜新市，分别为304.67×104t、273.34×104t、253.80×104t，201.26×104t，占全省玉米秸秆资源量的17.5%、15.7%、14.5%、11.5%。

（3）2018 年辽宁省玉米秸秆能源化潜力为482.54×104t标准煤，其中铁岭市、沈阳市、朝阳市、能源化潜力较大，分别为84.21×104t 标准煤、75.55×104t 标准煤、70.15×104t 标准煤，在建立秸秆能源化企业时应重点考虑以上3 市。